绝缘子是电力系统中使用量{zd0}的器件。在构成电力系统的不可或缺的各类输变电设备和器件中,绝缘子的结构比较简单,制造成本也相对较低,但它的重要性不亚于其他任何设备。输电线路的绝缘子都是并联运行的,任何一串绝缘子出问题都会造成输电线路故障,甚至会造成长时间停电,对电力系统的安全运行、工农业生产以及人们的日常生活造成很大的危害。
近年来绝缘子技术发展很快,特别是以有机材料构成的复合绝缘子问世以来,由于它突出的耐污闪性能以及重量轻、易维护、xxx高等一系列优点,获得迅速发展。此外,有关绝缘子制造、检测、维护等方面的新技术也层出不穷。我国有关绝缘子的专著很少,以往有关的书籍也很少涉及这些新的技术内容。无论绝缘子的制造、运行维护以及设计部门的工程技术人员,还是大专院校的师生,都迫切需要一本能较全面反映包括上述绝缘子各方面新技术内容的参考书。
清华大学电机系高电压技术研究所从事有关绝缘子方面的科学研究已有40余年的历史。早在20世纪60年代,张仁豫教授就带领师生在毕业设计中研制出高强度、小尺寸悬式电瓷绝缘子,为我国悬式绝缘子的更新换代作出了突出贡献。恢复研究生制度以来,清华大学电机系的科学研究坚持面向国民经济主战场,研究生的培养紧密结合生产急需,承接对提升电力、电工行业科技水平有重大影响的课题作为研究生的论文选题,在电力系统外绝缘和绝缘子领域承接了一系列国家及部委科技攻关课题和自然科学基金项目,在完成项目的同时在绝缘子相关领域已培养出十几位博士、数十位硕士,在理论研究和科技成果转化方面取得了系列成果,共获得4项国家奖、10余项省部级科技进步奖。主要获奖项目如下:
“沿染污介质表面放电的研究”获原国家教委科技进步(甲类)一等奖、国家自然科学奖三等奖。
“超高压合成绝缘子”获原国家教委科技进步二等奖、国家科技进步二等奖。
“高海拔外绝缘及电晕特性研究”(与武汉高压研究所等单位合作)获原能源部科技进步二等奖、国家科技进步三等奖。
“500 kV紧凑型输电线路关键技术及试验工程”(与华北电管局、电力科学研究院等单位合作)获国家电力科技进步一等奖、国家科技进步二等奖。
“RTV防污闪憎水长效涂料”获全国首届电工新产品开发进步奖,被选为全国重点科技成果推广项目。
“防污闪涂料应用技术”(与天津电力局等单位合作)获天津市科技进步二等奖。
张仁豫教授由于在绝缘子和电力系统外绝缘领域的杰出贡献荣获何梁何利奖。
这些成绩的取得源于认准目标长年坚持不懈的努力,源于理论研究与生产实际紧密结合并注重科技成果的转化,源于老中青结合不断进取的团结的科研团队。目前,这个科研团队中张仁豫教授、朱德恒教授、谈克雄教授都已退休,薛家麒教授已离开了一生所钟爱的事业。我们这些仍在该领域继续奋斗的中青年教师深感有必要将研究集体所取得的系列成果写成一本专著,奉献给在此领域勤奋耕耘的广大科技工作者。这既是老教师的心愿,也是我们中青年教师义不容辞的责任。
本研究团队在绝缘子相关领域的研究主要有以下几个方面:
(1) 绝缘子的污闪机理问题
研究沿无机和有机介质表面放电的发生、发展过程和机理;研制出在交流及直流电压作用下发生污闪放电的物理模型和数学模型。
(2) 复合绝缘子的研制及关键技术研究
研制出各种电压等级交流和直流复合悬式绝缘子的系列产品;研制出棒形支柱绝缘子、复合套避雷器、间隔棒等产品。对硅橡胶配方、耐酸芯棒、压接式接头、防脆断问题、老化问题、复合绝缘子的试验方法问题等进行了系列研究。
(3) RTV涂料的研制和技术推广
研制出双组分、单组分RTV防污闪憎水长效涂料系列产品;对有涂料绝缘子的污闪特性、憎水迁移特性、憎水性的暂时消失和恢复特性、检测和试验方法、施涂工艺、寿命判断及涂层更新方法,以及大面积推广应用中遇到的技术问题进行了系统且深入的研究。
(4) 高海拔地区绝缘子选型和外绝缘设计
结合我国{dy}条750 kV输电线路建设以及沿青藏铁路高压输电线路建设所提出的高海拔地区绝缘子选型和外绝缘设计问题,对海拔高度(即大气压)对绝缘子污闪特性的影响进行了大量实验研究。试验发现绝缘子的污闪电压随海拔升高而降低,降低的幅度受绝缘子的结构形状、污秽程度等因素的影响。对大气压影响污闪电压的机理问题进行了研究,并通过试验推荐出适合高海拔地区绝缘子的种类和形状,提出了高海拔地区外绝缘的设计方法。
(5) 绝缘子污秽程度的表征和监测方法
对等值附盐密度、电导率、泄漏电流等表征污秽度的各参数之间的关系进行了研究;提出局部表面电导率和有效污秽度的概念;研究了盐的种类及污秽不均匀分布对污闪电压的影响;研制出在线监测泄漏电流的仪器,并提出了根据泄漏电流特征量进行污闪报警的方法。
(6) 防污闪措施研究
在国内率先开展复合绝缘子和RTV涂料的研究,与电力运行部门紧密合作,深入研究这两项技术应用中所遇到的技术问题;将这两项技术作为防污闪的新技术措施积极在我国电力部门推广。以硅橡胶复合绝缘子和RTV涂料为代表的有机绝缘材料在外绝缘领域的应用大大提高了绝缘子的耐污闪能力,这两项技术措施已被电力部门广泛采用,并在国内的防污闪工作中发挥了显著作用。目前我国复合绝缘子的使用量仅次于美国,居世界第二位,RTV涂料的使用量已居世界{dy}位。
此外,我们在绝缘子领域研究的问题还涉及绝缘子的造型、试验方法、防冰闪、防雨闪、防舞动、间隔棒、紧凑型线路、不明原因闪络、评估外绝缘配置的专家系统等方面。
本书力图将上述研究成果尽可能包括进来。作为本研究集体几十年科研成果的汇总,本书的{dy}个特点就是新颖,这些研究成果在以往为数不多的有关绝缘子的专著中很少提及。
上述研究成果很多都是生产实际中提出的问题,有些成果已在电力系统得到广泛推广应用,例如以复合绝缘子和RTV憎水涂料为代表的有机外绝缘问题等。技术应用部门的工程技术人员有了解和学习上述技术的需求,所以本书的第二个特点是实用。
虽然本研究集体在绝缘子和外绝缘领域研究的内容比较广泛,但还不可能涵盖该领域的所有内容。本书将对该领域所涉及的内容给出一个全面系统的介绍,虽然多数内容是我们自己的研究成果,但有些内容是我们根据国内外{zx1}文献去粗取精汇编而成。本书从学科特点和获取知识的规律出发,由近及远,由浅入深,以点带面,力求系统和全面。所以本书的第三个特点是比较适合于自学。
本书共分10章。第1章概述,主要内容包括绝缘子的种类、用途、特性、发展历史、发展趋势及名词术语介绍。第2章是绝缘子的设计和制造,按材料划分为电瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子,分别对它们进行介绍。第3章介绍绝缘子的试验方法,包括电气性能、机械性能及特殊绝缘子的试验方法。第4章介绍绝缘子选取的原则和方法,重点介绍按耐污闪特性的选取方法以及三大类绝缘子的技术经济比较。第5章介绍绝缘子的损坏和事故原因。第6章介绍在线检测缺陷绝缘子的方法,包括悬式电瓷绝缘子的零值检测、棒形绝缘子的断裂问题和复合绝缘子的检测方法。第7章介绍绝缘子的污秽闪络问题,包括污闪机理、污秽度的检测方法、污秽试验方法和防污闪措施。第8章介绍复合绝缘子技术。第9章介绍RTV防污闪憎水长效涂料。第10章介绍高海拔区特高压输变电设备的外绝缘问题。
本书由关志成教授整体策划,编写大纲,{zh1}对各章节的内容进行修改、汇总、定稿成书。本书的编写是靠集体的力量完成的,第1章和第4章由关志成教授编写,第2章、第3章和第8章由周远翔教授编写,第5章和第6章由时卫东博士和王黎明教授编写,第7章和第10章由刘瑛岩博士和关志成教授编写,第9章由贾志东副教授编写。刘瑛岩博士负责对全书的文字、图表进行编辑,对本书的最终完成作出了很大贡献。